“鋰離子電池正極材料的容量，相對于負(fù)極材料較低。”中科院寧波材料所新能源技術(shù)研究員王德宇說，開發(fā)高容量正極材料及匹配性電解液成為鋰離子電池領(lǐng)域發(fā)展的核心技術(shù)。
　　鋰離子電池技術(shù)是目前世界上最受矚目的電化學(xué)儲能技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于商用電子市場，而鋰離子電池的能量密度決定了其在電子產(chǎn)品、電動汽車等應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
　　記者 王婧
　　人物名片
　　名字：王德宇
　　職務(wù)：中科院寧波材料所新能源技術(shù)研究員
　　榮譽：寧波市“3315計劃”創(chuàng)新人才“鋰電池”科研達人青睞寧波
　　近年來，新能源汽車行業(yè)的發(fā)展帶動鋰電池需求的高速增長。寧波是我國鋰離子電池電極材料的重要生產(chǎn)基地，擁有層狀氧化物正極材料前軀體和電極材料的產(chǎn)業(yè)群。
　　王德宇認(rèn)為，在寧波進行層狀氧化物正極材料的改性研究，開發(fā)能夠提高層狀材料可逆容量的使用技術(shù)，能夠促進本地企業(yè)的產(chǎn)品升級，提高行業(yè)競爭力。
　　“科研要體現(xiàn)社會價值，應(yīng)該離市場近一點。”2010年，王德宇舉家從美國來到了寧波。“雖然當(dāng)時寧波材料所的知名度并不高，但很有活力和激情。”他說，寧波材料所的科研氛圍自由寬松、個人薪酬機制合理，科研人員還有調(diào)配資源開展研究的自主權(quán)力。
　　來寧波前，王德宇在鋰電池研究領(lǐng)域已小有名氣，具有12年研究經(jīng)驗，主要研究方向包括鋰電池新型電極材料、電解液、電極界面反應(yīng)機理和高能量密度儲能體系等，在該領(lǐng)域頂級國際雜志發(fā)表SCI論文33篇，申請發(fā)明專利20項。他所開發(fā)的磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰等制備技術(shù)，在國內(nèi)外得到推廣應(yīng)用。
　　持續(xù)攻關(guān)碩果累累
　　自1990年Sony推出鋰離子電池開始，已經(jīng)有多種正極材料應(yīng)用于商用體系，主要可以分為磷酸鹽、層狀氧化物和尖晶石氧化物三類。其中，層狀氧化物的使用率普遍在50%～60%，具有較大的提升空間，將成為下一代鋰電池材料革命的市場主導(dǎo)。
　　“尋找合適的材料比找對象難多了，不是光看外表就行了，還要解剖開來深入研究。”王德宇笑稱。高鎳材料就是王德宇反復(fù)研究后找到的材料。
　　高鎳材料是一種層狀氧化物，但在使用時與電解液副反應(yīng)較大，容易造成電池脹氣，需要嚴(yán)格控制濕度。如能夠改善界面穩(wěn)定性解決脹氣問題，其鋰離子電池能量密度將會明顯提高。
　　王德宇將主要精力集中于如何改善高鎳材料對水分的敏感性、提高界面穩(wěn)定性等問題。“在高鎳表面進行修飾，形成高穩(wěn)定性保護結(jié)構(gòu)，是提高高鎳材料穩(wěn)定性的核心。”他說。
　　在解決高鎳材料的穩(wěn)定性后，王德宇還致力于提高其循環(huán)性能和放電容量。他和團隊開發(fā)出一種新型梯度結(jié)構(gòu)的正極材料，創(chuàng)造性地采用界面緩沖層結(jié)構(gòu)，大幅度提高了高鎳材料的循環(huán)性能，放電容量比市場主流產(chǎn)品提高了20%，已經(jīng)申請了三項專利。
　　在負(fù)極材料上，鈦酸鋰是最有希望構(gòu)筑長壽命電池的負(fù)極材料。但鈦酸鋰電池在高溫下會發(fā)生嚴(yán)重氣脹現(xiàn)象，限制了這類電池的商業(yè)應(yīng)用，目前僅有幾家國際頂級企業(yè)解決了這個難題。
　　王德宇在深入研究電極／電解液界面反應(yīng)機理之后，確定了防脹氣電解液的最終配方，經(jīng)東莞新能源生產(chǎn)線驗證，電池的脹氣體積由原來大于150%（商用電解液）降至小于15%（自主開發(fā)電解液），滿足商用鈦酸鋰電池的要求，成為國內(nèi)首個掌握此項技術(shù)的機構(gòu)。
　　鋰空氣電池成新方向“科研的樂趣，很多時候就是你不知道下一秒會發(fā)生什么？”王德宇說，有不少科研成果，是苦苦研究而不得，但一個小小的“意外”卻又實現(xiàn)了突破，可謂“柳暗花明又一村”。
　　王德宇團隊的一個研發(fā)人員在清洗研究鋰空氣電池的儀器時，使用了較多的清潔液且未擦拭干凈，沒想到這一無心之失，放大了鋰空氣電池的功率。
　　“我們意外發(fā)現(xiàn)，低功率的儲能電池變成高功率的儲能電池，足足提高了一個數(shù)量級，達10倍以上。”王德宇說，“不過離應(yīng)用還有距離，沒有找到確切的、有說服力的證據(jù)和機理。”
　　王德宇說，鋰空氣電池的儲能技術(shù)完全不同，用金屬鋰做負(fù)極，正極一端直接與氧氣反應(yīng)，具有擊敗鋰離子電池的潛力。理論上講，該電池儲存同等能量所需材料僅為其他電池的一半，其重量也可減半，在電動車行業(yè)具有極大優(yōu)勢。
　　然而，鋰空氣電池想要在成本和使用壽命上比肩傳統(tǒng)的鋰離子電池，達到“穩(wěn)定生產(chǎn)期”，還有很長的路要走。
　　“鋰空氣電池是理論能量密度最高的電化學(xué)儲能裝置，世界范圍內(nèi)對鋰空氣電池的研究剛剛開始。”王德宇說，希望通過他們的研究能推動鋰空氣電池的發(fā)展。